走近国内外姜科植物学的权威专家(二)——采访吴德邻、陈忠毅和吴七根教授

赵金丽  采访/整理

采访人物简介:

吴德邻:中国科学院华南植物园研究员,从事植物分类学和系统演化的研究,多年来研究姜目植物,首次在我国发现兰花蕉科,首次论证中国为栽培姜的起源地,对华南植物区系、系统演化有较深入的研究,特别是姜科、豆科等科。《中国植物志》(姜科)(中、英文版)作者。共发表论文、专著90篇(部);发现新种、新分布等分类群有:1科;7属;40余种。
陈忠毅:中国科学院华南植物园研究员,原华南植物研究所副所长、中国科学院研究生院博士生导师。从事植物分类学研究,曾先后参加或主持自然科学基金“中国姜科植物研究”、“木兰科系统发育”、“海桑属植物研究”、“姜科植物系统研究”等项目研究,其中“中国姜科植物研究”获1991年度中国科学院自然科学二等奖,发表论文60余篇。
吴七根:中国科学院华南植物园研究员,原华南植物研究所副所长、《广西植物》杂志编委、《热带亚热带植物学报》副主编,主要从事植物形态解剖学研究,参与的“姜科研究”获中科院自然科学二等奖;“木兰科综合研究”获中科院广州分院、广东省科学院自然科学奖一等奖,广东省自然科学奖二等奖,中科院自然科学奖二等奖。发表论文30余篇。

姜科是单子叶植物姜目中一个比较大的科。很多姜科植物具有药用价值,如莪术除了常用作驱风类的药物,还具有抗癌作用;传统中药阳春砂仁可以医治胃痛、胃炎,深受东南亚华侨青睐。另外,姜科植物还有用作调料、蔬菜,作为观赏植物等。

在过去的数十年里,中国姜科植物学的研究在国际上取得重要的成果:出版《中国植物志》姜科植物分册(中英文版),建立中国的姜科植物收集区、拓展姜科植物的细胞染色体研究、种子解剖学、繁殖生物学等研究领域,其中,豆蔻属和山姜属植物的花柱卷曲性异交机制和大苞姜属植物所独具的花粉滑动自交机制先后为中国科学家所发现,并双双发表于国际顶级科学期刊Nature上,开创了中国姜科植物繁殖生物学研究的领先水平。

展望未来姜科植物研究,吴德邻教授指出,“我们采集的标本还不够,”他建议科学家们应该在姜科植物最主要的分布地区—从喜马拉雅的南坡开始,包括中国的西藏南部、云南、广西、缅甸、中印半岛一直到马来西亚(其中包括印度尼西亚),不断采集植物标本,发现新物种。另外,吴德邻教授还建议科研人员应利用DNA条形码等分子技术,做好姜科植物的系统进化工作;开发姜科的经济价值,带动地方经济。吴七根教授以姜科植物的种子解剖学研究为例,认为以后还应继续开展姜科植物的一些基础性研究。陈忠毅教授对年轻学者寄予希望:做好姜科的系统进化的研究工作,不仅要做分子方面的研究,还应该去野外采集标本和观察植物,了解植物基本的知识。

2009年7月,第5届国际姜科植物学大会在中国科学院西双版纳热带植物园召开,《雨林故事》采访了中国姜科植物研究的先驱科学家:吴德邻、陈忠毅和吴七根教授,他们分别从植物分类学、细胞学和种子解剖学的研究角度介绍了中国姜科植物研究的发展概况,具体内容如下:

中国姜科植物研究的进展

《雨林故事》:欢迎三位教授做客我们《雨林故事》人物采访栏目,三位都是中国姜科植物研究的领军人物,而且研究的方向各不相同,三位教授能从各自的研究角度给我们简要地讲讲中国姜科植物研究的发展概况和历史吗?首先从吴德邻教授开始吧。

吴德邻:姜科植物是单子叶植物姜目中一个比较大的科。姜科植物花的质地比较柔嫩,压成标本后往往无法辨认,所以,过去我们中国对姜科植物的研究比较少,因为后来要编写《中国植物志》(姜科),需要对每一个物种从科属种的等级进行描述,原来的标本就无法解决这个问题,于是我们所(中国科学院华南植物研究所)承担了这个任务后,我们就去云南、广西、海南岛、广东这些姜科植物分布较多的省份去调查、采集,为了观察活植物的花的构造并绘图,就对活的植物引种,在华南园建立了姜园,当时引种约100多种,在世界上也算是收集种类较多的园了。正因为这个姜园,才产生了我们后来的多学科工作,其中包括陈忠毅教授的细胞染色体研究,吴七根教授做的解剖学工作,目的是通过多学科的角度来研究姜科植物的进化系统;另外,由于姜科植物在经济上的价值,如观赏、药用、调料等,我们不仅需要研究活体植物还要查阅、研究国内外的文献专著。我们的代表作就是《中国植物志》,包括中文版和英文版。英文版合作者有K. Larsen和W. John Kress,这两位都是国际上姜科领域的著名科学家。另外,中国科学院西双版纳热带植物园(简称版纳植物园)的创始人蔡希陶教授也是我们《中国植物志》(姜科)的作者之一。

《雨林故事》:我看过您写过姜科植物植物地理方面的文章,您能给我们简要讲讲这方面的研究进展?

吴德邻:曾经写过一篇,当时,中国科学院昆明植物研究所的吴征镒教授组织一项“中国植物区系起源”的重大项目,其中,我们所承担的课题中就有研究姜科植物的地理分布的任务。我们根据化石、现代姜科植物的分布,去了解现代的分布格局是怎么形成的。我们知道地球最早的时候,整个大陆是连在一起的,后来因为大陆漂移导致形成了不同板块,我们用这个“大陆漂移学说”来解释各个大陆的姜科什么时候起源,为什么分布在这个大陆而非那个大陆。根据化石记录,姜科植物化石最早的记录出现在欧洲、美洲,但奇怪的是,现在欧洲一株姜科植物都找不到,是什么原因导致了中纬度以北都没有姜科植物的分布呢?原来在地质年代的第三纪和第四纪出现了两次大的冰期,这些热带植物不耐寒,冰期到来的时候就冻死了,所以我们只能在化石上发现高纬度地区的姜科植物。

《雨林故事》:陈教授,您能从细胞学的角度来向我们谈谈中国姜科植物研究的概况?

陈忠毅:细胞学的研究主要是染色体的研究,以前我们主要注重姜科植物的形态、引种方面的研究。随着实验技术的不断改进,了解它们的遗传基础很重要。从物种进化水平来讲,原始的姜科植物有的从二倍体水平进化,有的从四倍体水平进化,从2倍体到多倍体,它们的进化类型如何?把我们国家没有做过细胞学研究的种类进行染色体的研究,这对了解整个姜科植物的进化水平很重要,从这点上来讲,我们基本是和世界水平跟进的;另外,现在的分子研究都是基于细胞学这个水平上进行的,因此,我们还要继续做这方面的研究,而且我们还要联合各个国家、各个单位一起来研究。

1988年,在丹麦召开了一个“热带森林动态”国际研讨会,我以姜科植物为例,来从染色体角度研究热带、亚热带林下姜科植物不同属的进化水平,大家都比较感兴趣。

《雨林故事》:吴教授,您是如何从种子解剖学的角度来研究姜科植物的?

吴七根:谈我们的工作,首先还得谈谈吴德邻教授的工作,因为假如中国的姜科植物弄不清楚,我们的工作就无从开展,比如,中国在60年代以前,根本不知道中国有兰花蕉科,当时就是由吴德邻教授发现,才得以开展我们后续的研究。

其次谈谈陈忠毅教授的工作。举个例子,中国的兰花蕉有2大类,海南兰花蕉科是二倍体,大陆的(主要指广东和广西)是四倍体、六倍体,这说明什么问题呢?原来兰花蕉的原始中心首先在中国落脚,原产地就是海南(染色体越少越原始)。后来由于海南岛的隔离,大陆的兰花蕉就由二倍体逐步演化成多倍体的,陈教授的工作就是从细胞学的角度说明了兰花蕉是如何进化的。

我们是从结构上来看姜科植物,如种子的结构。植物的外部形态很多比较相近,看上去都差不多,我们通过种子解剖发现,某个结构不属于该属,从而提出证据,认为这个物种属于哪个属更合理。这样,弄清了属种的亲缘关系后,有利于提取某些植物的化学成分(同一属的化学成分相近,但如果分错属了,会很难提取该成分)和推广资源开发。

姜科植物的应用

《雨林故事》:三位教授从不同角度谈到了姜科植物研究的重要性。我想作为普通的公众,人们更关心姜科植物的研究与我们人类有什么关系,能否谈谈姜科植物的利用呢?

吴德邻:很多姜科植物具有药用价值,比如白豆蔻、草豆蔻、姜黄、草果,这些无论是中国传统药材还是进口的药材,有着广泛的用途;莪术除了常用作驱风类的药物,还具有抗癌作用;那其它姜科植物是否也有这种抗癌作用,就需要研究,简单的说,我们只有通过实验才知道抗癌的化学成分、活性和药理;

姜科植物另外一个潜在价值是作为观赏植物,例如,南方的白色姜花,东南亚人都很喜欢,傣族姑娘还喜欢将这种花插在头上。姜目植物还有很多是插花的材料,澳洲农场中Heliconia(蝎尾蕉属),花很美,花期也很长,卖到香港、泰国,一支就卖到10美元。我们国家这种产业化的工作做得还不够,去年中国科学院西双版纳热带植物园曾经设计了一个流程,鉴别哪些姜花有可能会成为观赏植物,具有开发的潜力。

另外还有作为调料的,如生姜、草果。东南亚国家还有用作蔬菜的,我们很多都没用过,有待进一步研究和开发。

吴七根:我觉得姜科植物的应用方面越来越普遍,举个例子:阳春砂仁是我国出口的传统中药,每年为我国挣到了不少的外汇。为什么阳春砂仁会这么重要呢?因为阳春砂仁可以医治胃痛、胃炎,东南亚地区有很多华侨,他们习惯用传统的中药,所以国内每年大量生产阳春砂仁。

展望姜科植物研究

《雨林故事》:中国姜科植物研究的发展趋势会如何?各位对世界姜科植物研究有何展望呢?

吴德邻:第一,采集的标本还不够,姜科植物主要分在热带地区,绝大部分是分布在热带亚洲,美洲和非洲分布的属比较少。正如我在会议上所作的报告:在亚洲地区,最近几年之内就发现了6个新属,说明我们对这个地区的采集、野外考察工作还不够,因此就世界和亚洲来讲,还应当深入调查和采集,调查和采集范围我建议主要从喜马拉雅的南坡开始,包括中国的西藏南部、云南、广西、缅甸、中印半岛一直到马来西亚(其中包括印度尼西亚),这个地区应该是姜科植物最主要的分布地区。

第二,要做姜科植物的系统进化工作。过去我们的研究从外部形态、到解剖、到细胞染色体,现在到了分子水平,如DNA条形码技术(DNA bar-coding),不用采集花或标本,随便在野外采集一片叶子,拿回来测一下基因片段就知道这是什么种、属于什么属了,鉴定起来很方便。我想无论在中国还是在国外,这是一个潮流,即从分子的角度来研究属与属之间的亲缘关系:哪些原始,哪些进化。

第三,要做好经济植物的开发,这需要在前两项工作的基础上,开发姜科的经济价值,带动地方经济。

吴七根:我觉得姜科植物的研究确实还有很多工作需要做,就以我们种子解剖学的工作为例,整个姜科植物有50多个属,真正做了种子解剖学研究的却只有12-13个属,还有三分之二的属没被了解。这些基础性的工作,需要财政基金等各方面的支持。

陈忠毅:关于姜科繁殖生物学的研究,我们中国是领先的,超过其它国家的。因为姜科植物与其它植物不同,它们就分布在地球的热带、亚热带地区,它们的繁殖生物学现象非常特别,一般人很少注意这些问题。在这方面,版纳植物园、华南园的工作走在前列,特别值得一提的是版纳植物园李庆军教授发现豆蔻属和山姜属植物的花柱卷曲性异交机制,华南园王英强(我的学生)发现大苞姜属植物独具的花粉滑动自交机制,这些都发表在国际著名期刊NATURE上。从这次会议报告内容看,国外现在也开始做繁殖生物学方面的研究,所以,国际交流很重要。

在这里我还想对年轻学者寄予希望:现在是分子的时代,希望他们在做分子进化研究时,应当了解植物基本的知识,如姜科属与属之间外部形态的变化,而不是仅仅通过分子编码得出什么物种就算解决问题了,还得去野外采集,去观察,发现不同属之间的区别,只有这样,系统进化的工作才能真的做好。

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